畢業(yè)設(shè)計(jì)磚窯卸垛機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

1、磚窯卸垛機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展需要，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)滲透了我們的生活、工作和經(jīng)濟(jì)方面，并且起到了很大的作用。本文首先簡(jiǎn)要介紹了工業(yè)機(jī)器人的概念，以及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。其次對(duì)磚窯的生產(chǎn)環(huán)境和工人工作環(huán)境做了簡(jiǎn)要的介紹，以及對(duì)卸垛機(jī)器人本體的組成和分類，本體的自由度和坐標(biāo)形式，氣壓傳動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)，進(jìn)行了概述。通過(guò)對(duì)對(duì)磚窯卸垛機(jī)器人本體進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，確定了本體的坐標(biāo)形式和自由度，確定了本體的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，對(duì)本體結(jié)構(gòu)上材料和部分零件進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)計(jì)出了機(jī)械本體上的手臂和手腕結(jié)構(gòu)，計(jì)算了手臂和手腕伸縮，升降，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩同時(shí)對(duì)本體使用的氣缸進(jìn)行了計(jì)

2、算并作出了選擇。本次設(shè)計(jì)是在于很好地把處于科技前沿的技術(shù)成功應(yīng)用于新興的碼垛和卸跺生產(chǎn)線，解放兩百萬(wàn)的勞動(dòng)人民，提高生產(chǎn)效率，可以達(dá)到利用新技術(shù)促進(jìn)生產(chǎn)的目的。關(guān)鍵詞：機(jī)器人本體；氣壓傳動(dòng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化機(jī)械0701_何朝輝Abstract: With the social development needs, industrial robots have infiltrated our lives, work and economic aspects, and has played a significant role. This article first introduces the c

3、oncept of industrial robots, as well as the development of domestic and foreign. Secondly, the production of brick kiln workers in the work environment and a brief introduction to the environment, as well as destocking composition and classification of the robot body, body, and coordinates in the fo

4、rm of freedom, the characteristics of air pressure drive technology, provides an overview. By pairs of the robot body kilns unshackling the overall design, to determine the coordinates of the body forms and degrees of freedom to determine the technical parameters of the body. Meanwhile, the structur

5、e of materials and some body parts were optimized designed the mechanical arm and wrist on the body structure, calculation of the arm and wrist stretching, lifting, driving torque required for rotation and torque of rotary cylinder and the body Selection and calculation of the cylinder. This design

6、is very well put that in the technological forefront of the emerging technology successfully used in stamp production line stacking and unloading, the liberation of two million working people and improve the production efficiency can be achieved using new technology for production purposes. Key word

7、s: Robot body，pneumatic transmission，structural optimization目錄第一章 綜述1.1 工業(yè)機(jī)器人概述.11.2 磚窯卸垛機(jī)器人本體的組成.3 卸垛機(jī)器人的分類.4 液壓傳動(dòng)卸垛機(jī)器人.4 氣壓傳動(dòng)卸垛機(jī)器人.41.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r.41.4 課題的提出及主要目的.6第二章 卸垛機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案2.1 課題的主要任務(wù).82.2 卸垛機(jī)器人本體的用途及技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)方案.82.2.1 本體的用途.8 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù).8 2.2.3 坐標(biāo)型式與自由度.9 2.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇和設(shè)計(jì).92.3.1選取液壓傳動(dòng)作為傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)候腕部和臂伸

8、縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算.9 氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn).15 最終選擇氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)情況下的手腕手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算.162.4卸垛機(jī)器人的底座設(shè)計(jì).21電機(jī)的選擇.22減速器的選擇.23第三章 手臂和手腕中氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核3.1 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核.24 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì).243.2 手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核.243.3 手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核.253.4 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核.27第四章 磚窯卸垛機(jī)器人本體優(yōu)化4.1 材料的優(yōu)化選取.29 鋼的分類.294.2 螺柱的設(shè)計(jì)和校核優(yōu)化.33 計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力.33 計(jì)算剪切強(qiáng)度.34 計(jì)算彎曲強(qiáng)度.344.3 影響平衡性和定位精

9、度的因素.344.4 導(dǎo)向裝置.354.5 平衡裝置.36總結(jié).37致謝.38參考文獻(xiàn).39 第一章 綜述1.1工業(yè)機(jī)器人概述（工業(yè)機(jī)器人圖片）工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工

10、業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備.機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫

11、、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。卸碼垛機(jī)器人其實(shí)是卸垛機(jī)器人和碼垛機(jī)器人的總稱。如今，很多生產(chǎn)企業(yè)在包裝的后期都會(huì)

12、用到機(jī)器人來(lái)代替人工及自動(dòng)化程度較低的設(shè)備，不僅可以節(jié)省人力成本，還可以更快速地將產(chǎn)品按照預(yù)定的形式進(jìn)行高效地操作。在包裝的卸垛和碼垛環(huán)節(jié)也是如此。一些大型的飲料、乳品和食品生產(chǎn)企業(yè)都應(yīng)用了高技術(shù)含量的卸垛及碼垛設(shè)備。目前，中國(guó)已經(jīng)有一些包裝供應(yīng)商可以提供高質(zhì)量的卸垛及碼垛設(shè)備，其質(zhì)量甚至可以和國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)相媲美。 機(jī)器特點(diǎn)機(jī)身的主要移動(dòng)部件(除臂部外)是由碳酸纖維鑄成、重量輕、扭力大、韌性強(qiáng)，具有較高的機(jī)械性能和較強(qiáng)的抗震動(dòng)能力。 底座采用CRP工藝制造，制造過(guò)程中用CAD和FEM優(yōu)化其設(shè)計(jì)，確保了最大的底座持重能力和最低的底座重量。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，所有軸都是由數(shù)字化交流伺服

13、電機(jī)驅(qū)動(dòng)，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有過(guò)載、過(guò)流、缺相、超差等各種保護(hù)，性能安全可靠。 機(jī)器人的各部件結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、容易拆裝。特殊的幾何構(gòu)造使機(jī)器只占用極少的空間就能發(fā)揮極大的工作能力、能夠充分利用工作場(chǎng)地空間。 先進(jìn)的設(shè)計(jì)令機(jī)器人能夠高速、精確、穩(wěn)定的運(yùn)行，并易于維護(hù)。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的軌跡十分精確、重復(fù)定位精度小于0.35mm。 1.2.磚窯卸垛機(jī)器人本體的組成磚窯卸垛機(jī)器人本體主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。(一)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。1、手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢(shì))2、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的

14、重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置. 卸垛機(jī)器人的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。3、立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。卸垛機(jī)器人的立柱因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。4、行走機(jī)構(gòu)當(dāng)卸垛機(jī)器人本體需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)卸垛機(jī)器人的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾輪式布為有軌的和無(wú)軌的兩種

15、。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。5、機(jī)座機(jī)座是磚窯卸垛機(jī)器人本體的基礎(chǔ)部分，機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。(二)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)卸垛機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)器人按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要

16、時(shí)可對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。卸垛機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的各部件結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、容易拆裝。特殊的幾何構(gòu)造使機(jī)器只占用極少的空間就能發(fā)揮極大的工作能力、能夠充分利用工作場(chǎng)地空間。工業(yè)卸垛機(jī)器人的種類很多，關(guān)于分類的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。(一)按驅(qū)動(dòng)方式分液壓傳動(dòng)卸垛機(jī)器人是用液體作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動(dòng)方來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的卸垛機(jī)器人。氣壓傳動(dòng)卸垛機(jī)器人是以氣體壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的卸垛機(jī)器人。1.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r（1）國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì):工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(

17、高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬(wàn)美元降至97年的65萬(wàn)美元。機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī);國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲

18、覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)

19、域。（2）國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀：我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人;其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如:可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品:機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)

20、己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程.我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000m水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種:在機(jī)器人視覺(jué)、力覺(jué)、

21、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。1.4 課題的提出及主要目的我國(guó)從1958年開(kāi)始研究發(fā)展蒸壓灰砂磚,1960年從愿東德引進(jìn)十六孔轉(zhuǎn)盤(pán)式壓磚機(jī)在北京建成蒸壓灰砂磚生產(chǎn)線,后來(lái)研制了八孔轉(zhuǎn)盤(pán)式壓磚機(jī),大大促進(jìn)了蒸壓灰砂磚的發(fā)展,使之成為有砂、石灰資源而又缺乏黏土資源地區(qū)的主要墻體材料。 蒸壓灰砂磚是以砂和

22、石灰為主要原料,允許摻入顏料和外加劑,經(jīng)坯料制備、壓制成型、經(jīng)高壓蒸氣養(yǎng)護(hù)而成的普通灰砂磚.蒸壓灰砂磚(以下簡(jiǎn)稱灰砂磚)是一種技術(shù)成熟、性能優(yōu)良又節(jié)能的新型建筑材料,它適用于多層混合結(jié)構(gòu)建筑的承重墻體。（磚廠圖片）（工人工作場(chǎng)地）由于磚廠的工作條件是高溫，灰塵大，工作負(fù)荷重，它的污染問(wèn)題嚴(yán)重，燒磚的時(shí)候排放出一些有害氣體如二氧化硫等等，燒磚時(shí)有一股刺鼻的味道很難聞，還有烏煙滾滾.，它的污染給工作人員帶來(lái)許多身體健康的危害甚至威脅到了生命。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年工作在熱磚裝卸工作第一線的勞動(dòng)人民達(dá)到200萬(wàn)。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著我國(guó)人口老齡化的提前到來(lái)，近來(lái)在東南沿海還出現(xiàn)在大量的缺工現(xiàn)象，迫切要求我

23、們提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平勢(shì)在必行，磚窯卸垛機(jī)器人這個(gè)設(shè)計(jì)很好地把處于科技前沿的技術(shù)成功應(yīng)用于新興的碼垛和卸跺生產(chǎn)線，解放兩百萬(wàn)的勞動(dòng)人民，提高生產(chǎn)效率，可以達(dá)到利用新技術(shù)促進(jìn)生產(chǎn)的目的。 H:wfpapery5663840010.pdf2.1課題的主要任務(wù)本課題將要完成的主要任務(wù)如下:(1)選取卸垛機(jī)器人的坐標(biāo)標(biāo)型式和自由度(2)設(shè)計(jì)出卸垛機(jī)器人的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括:手部、手腕、手臂等部件的設(shè)計(jì)。(3)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以選取氣動(dòng)或者液壓傳動(dòng)，2.2卸垛機(jī)器人本體的用途及技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)方案2.2.1 本體的用途本體主要用于配合整個(gè)身體的運(yùn)動(dòng)將手抓送到目標(biāo)點(diǎn)，當(dāng)手

24、抓完成抓取以后再把手抓收回來(lái)，這樣以達(dá)到設(shè)計(jì)者目的。設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1、自由度數(shù)4個(gè)自由度2、座標(biāo)型式圓柱座標(biāo)3、最大工作半徑1000mm4、手臂最大中心高5、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)伸縮行程伸縮速度升降行程升降速度回轉(zhuǎn)范圍回轉(zhuǎn)速度 6、手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)回轉(zhuǎn)范圍 回轉(zhuǎn)速度7、驅(qū)動(dòng)方式氣壓傳動(dòng)2.2.3坐標(biāo)型式與自由度按機(jī)器人的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于卸垛機(jī)器人在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱座標(biāo)型式。相應(yīng)的卸垛機(jī)器人具有三個(gè)自由度，為了彌補(bǔ)升降運(yùn)動(dòng)行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增加一個(gè)手臂上下擺動(dòng)的自由度。（如圖2-2所

25、示）2.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇和設(shè)計(jì)因?yàn)榇u廠的工作條件是高溫，灰塵大，工作負(fù)荷重，它的污染問(wèn)題嚴(yán)重，燒磚的時(shí)候排放出一些有害氣體如二氧化硫等等，所以我們?cè)谶x取驅(qū)動(dòng)的時(shí)候必須得考慮到這些因素首先對(duì)液壓傳動(dòng)分析：選取液壓傳動(dòng)作為傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)候腕部和臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算（液壓缸元件）1.腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位，它動(dòng)作靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度，可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。要求：伸縮行程伸縮速度升降行程升降速度以最大負(fù)荷計(jì)算：當(dāng)工件處于水平位置時(shí)，擺動(dòng)缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，長(zhǎng)度l=650m

26、m。如圖2.3所示。1、計(jì)算扭矩M1設(shè)重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩M1為：M1=F×S （2.9）=10×9.8×0.2=19.6（N·M） 工件 F S F F S圖2.3 腕部受力簡(jiǎn)圖2、油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩M24F=5kg S=10cm帶入公式2.9得M2=F×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M） 3、擺動(dòng)缸的摩擦力矩M摩4F摩=300（N）（估算值）S=20mm （估算值）M摩=F摩×S=6（N·M）4、擺動(dòng)缸的總摩擦力矩MM=M1+M2+M摩 （2.10）=

27、30.5（N·M） 5.由公式T=P×b（A1²-mm²）×106/8 （2.11）其中： b葉片密度，這里取b=3cm；A1擺動(dòng)缸內(nèi)徑, 這里取A1=10cm；mm轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取mm=3cm。所以代入（2.11）公式P=8T/b（A1²-mm²）×106=8×30.5/0.03×（0.1²-0.03²）×106=0.89Mpa又因?yàn)閃=8Q/（A1²-mm²）b所以 Q=W（A1²-mm²）b/8 =（/4）（0.1&#

28、178;-0.03²）×0.03/8 =0.27×10-4m³/s =27ml/s2.臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動(dòng)、靜載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力較復(fù)雜。 機(jī)器人抓取的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。手臂的伸縮速度為400m/s行程L=1200mm（1）、手臂右腔流量，公式（2.7）得：Q=vs. =100

29、5;×40² =1004800mm³/s =0.1/10²m³/s =24000ml/s（2）、手臂右腔工作壓力，公式（2.8） 得： P=F/S （2.12）式中：F取工件重和手臂活動(dòng)部件總重，估算 F=10+20=30kg， F摩=1000N。所以代入公式（2.12）得： P=（F+ F摩）/S =（30×9.8+1000）/×40² =0.26Mpa（3）繪制機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表如圖2.4所示：圖2.4機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表（4）由初步計(jì)算選液壓泵所需液壓最高壓力 P=1.78Mpa所需液壓最大流量 Q=100ml/s選取

30、CB-D型液壓泵（齒輪泵）此泵工作壓力為10Mpa，轉(zhuǎn)速為1800r/min，工作流量Q在3270ml/r之間，可以滿足需要。（5）、驗(yàn)算腕部擺動(dòng)缸：T=PD（A1²-mm²）m×106/8 （2.13）W=8v/（A1²-mm²）b （2.14）式中：m機(jī)械效率?。?0.850.9v容積效率取： 0.70.95所以代入公式（2.13）得：T=0.89×0.03×（0.1²-0.03²）×0.85×106/8 =25.8（N·M）T<M=30.5（N·M）代入

31、公式（2.14）得：W=（8×27×10-6）×0.85/（0.1²-0.03²）×0.03 =0.673rad/sW</40.785rad/s因此，取腕部回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 P=1Mpa 流量 Q=35ml/s圓整其他缸的數(shù)值：手部抓取缸工作壓力P=2Mpa 流量Q=120ml/s小臂伸縮缸工作壓力P=0.25Mpa 流量Q=24000ml/s3.液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)以及工作原理4.液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)（1）體積小、重量輕，因此慣性力較小，當(dāng)突然過(guò)載或停車時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊；（2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速；

32、（3）換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換；（4）液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制；（5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤(rùn)滑，磨損小，使用壽命長(zhǎng)；（6）操縱控制簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高；（7）容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置等等；船舶用的甲板起

33、重機(jī)械、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的控制裝置、測(cè)量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。5.液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)（1） 液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失(摩擦損失、泄露損失等):液壓傳動(dòng)易泄漏，不僅污染工作場(chǎng)地，限制其應(yīng)用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及正確性。(2)工作時(shí)受溫度變化影響較大。油溫變化時(shí)，液體粘度變化，引起運(yùn)動(dòng)特性變化。(3)因液壓脈動(dòng)和液體中混入空氣，易產(chǎn)生噪聲。(4)為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價(jià)格較高;且使用維護(hù)需要較高技術(shù)水平。6.液壓傳動(dòng)

34、的基本原理液壓傳動(dòng)的基本原理是在密閉的容器內(nèi)，利用有壓力的油液作為工作介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和傳遞動(dòng)力的。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機(jī)械傳動(dòng)中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動(dòng)元件相類似。 液壓傳動(dòng)是利用帕斯卡原理，帕斯卡原理是大概就是：在密閉環(huán)境中，向液體施加一個(gè)力，這個(gè)液體會(huì)向各個(gè)方向傳遞這個(gè)力，力的大小不變。 傳動(dòng)就是利用這個(gè)物理性質(zhì)，向一個(gè)物體施加一個(gè)力，利用帕斯卡原理使這個(gè)力變大，從而起到舉起重物的效果。液壓傳動(dòng)在也得到很大的應(yīng)用，如的機(jī)床制造加工設(shè)備、閥門液壓試驗(yàn)設(shè)備、閥門的液壓傳動(dòng)裝置等。氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 1.氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)(1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動(dòng)工作壓力較

35、低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器:介質(zhì)清潔，管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問(wèn)題.(2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過(guò)程中，阻力損失較小(一般不卜澆塞僅為油路的千分之一)，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。(3)動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏。氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。(4)能源可儲(chǔ)存。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。因空氣的粘度很?。s為液壓油動(dòng)力粘度的萬(wàn)分之一），其損失也很小，

36、所以便于集中供氣、遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣嚴(yán)重污染環(huán)境。(5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。(6)成本低廉。成本低，過(guò)載能自動(dòng)保護(hù)。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為:由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動(dòng)伺服系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。雖然氣動(dòng)技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動(dòng)功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對(duì)于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣

37、動(dòng)元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動(dòng)機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過(guò)去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。2.氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)（1）由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性稍差。但采用氣液聯(lián)動(dòng)裝置會(huì)得到較滿意的效果。（2）因工作壓力低（一般為MPa），又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過(guò)大，總輸出力不宜大于1040kN。（3）噪聲較大，在高速排氣時(shí)要加消聲器。（4）氣動(dòng)裝置中的氣信號(hào)傳遞速度在聲速以內(nèi)比電子及光速慢，因此，氣動(dòng)控制系統(tǒng)不宜用于元件級(jí)數(shù)過(guò)多的復(fù)雜回路。綜合上面氣壓傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)的分析和比較，根據(jù)磚廠的生產(chǎn)環(huán)境，和在制造過(guò)程中的成本上考慮

38、，液壓傳動(dòng)的成本較高，而且在使用過(guò)程中的維護(hù)很困難，危險(xiǎn)性高，而氣壓傳動(dòng)的原件便宜，并且對(duì)環(huán)境沒(méi)有危害，因?yàn)榇u窯卸垛機(jī)器人的傳動(dòng)選用氣壓傳動(dòng)。最終選擇氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)情況下的手腕手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算（氣壓缸元件）1.手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)考慮到卸垛機(jī)器人的使用情況，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。2.手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)按照抓取工件的要求，卸垛機(jī)器人的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。3

39、.手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑大部分卸垛機(jī)器人設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。過(guò)大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來(lái)偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該卸垛機(jī)器人手臂的伸縮行程定為600mm,最大工作半徑約為1000mm。手臂升降行程定為。定位精度也是基本參數(shù)之一。該卸垛機(jī)器人的定位精度為。4.手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到被抓取的磚塊是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。5.手腕的自由度手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨(dú)立的

40、自由度，以使卸垛機(jī)器人適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。手腕自由度的選用與卸垛機(jī)器人加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。由于卸垛機(jī)器人抓取的工件是水平放置，同時(shí)考慮到用于抓取磚，因此給手腕設(shè)一繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于，并且要求嚴(yán)格的密封。6.手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算7.手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于

41、轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩.圖4-1所示為手腕受力的示意圖。1.工件2.手部3.手腕圖4-1手碗回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算: 式中: - 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩();- 慣性力矩();- 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩().,; - 手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩();（1）手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M悅?cè)羰滞笃饎?dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為，起動(dòng)過(guò)程所用的時(shí)間為，則: 式中:- 參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;- 工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。若工

42、件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:式中: - 工件對(duì)過(guò)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:- 工件的重量(N);- 工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm), - 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s);- 起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間(s); 起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度(弧度)。（2）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 + ()式中: - 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量(N);- 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則.（3）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩 ()式中: ，- 轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑(cm);- 摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承，對(duì)于滑動(dòng)軸承;,- 處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力

43、分析求解，根據(jù),得:同理，根據(jù)(F),得:式中:- 的重量(N), 如圖4-1所示的長(zhǎng)度尺寸(cm).（4）轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封，與選用的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。8.回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的原理如圖4-2所示，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。動(dòng)片封圈4把氣腔分隔成兩個(gè).當(dāng)壓縮氣體從孔a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)。單葉氣缸的壓力P驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為:, 或 2.4卸垛機(jī)器人的底座設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中的卸垛機(jī)器人模型如圖：機(jī)身的

44、直接支承和傳動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上，或者就直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜，機(jī)身既可以是固定式的，也可以是行走式的,臂部和機(jī)身的配置形式基本上反映了機(jī)械手的總體布局。本課題機(jī)械手的機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式，這樣機(jī)械手可以是獨(dú)立的，自成系統(tǒng)的完整裝置，便于隨意安放和搬動(dòng)，也可具有行走機(jī)構(gòu)。臂部配置于機(jī)座立柱中間，多見(jiàn)于回轉(zhuǎn)型機(jī)械手。臂部可沿機(jī)座立柱作升降運(yùn)動(dòng)，獲得較大的升降行程。升降過(guò)程由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了機(jī)身的旋轉(zhuǎn)

45、，從而達(dá)到了自由度的要求。根據(jù)磚窯生產(chǎn)的環(huán)境和條件，一般卸垛機(jī)器人的工作負(fù)荷很大，工作時(shí)間長(zhǎng)，移動(dòng)的可能性不大，并且在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中受到的扭轉(zhuǎn)力很大，因此我們應(yīng)該選擇將整個(gè)本體的底部固定在工作的地方，采取用螺絲和地面連接。這樣固定可以保證工作時(shí)產(chǎn)生的扭矩力不讓本體位置移動(dòng)，可以更準(zhǔn)確的抓取磚塊。2.4.1電機(jī)的選擇機(jī)身部使用了兩個(gè)電機(jī)，其一是帶動(dòng)臂部的升降運(yùn)動(dòng)；其二是帶動(dòng)機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)臂部升降運(yùn)動(dòng)的電機(jī)安裝在肋板上，帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)安裝在混凝土地基上。1、帶動(dòng)臂部升降的電機(jī)：10初選上升速度 V=100mm/s P=6KW所以n=（100/6）×60=1000轉(zhuǎn)/分選擇Y90S

46、-4型電機(jī)，屬于籠型異步電動(dòng)機(jī)。采用B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。如圖4.1 Y90S-4電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：型號(hào)額定功率KW滿載時(shí)堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電流A轉(zhuǎn)速r/min效率%功率因素額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y90S-41.12.71400790.786.52.22.2圖4.1 Y90S-4電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)2、帶動(dòng)機(jī)身回轉(zhuǎn)的電機(jī)：10初選轉(zhuǎn)速 W=60º/s n=1/6轉(zhuǎn)/秒=10轉(zhuǎn)/分由于齒輪 i=3減速器 i=30所以n=10×3×30=900轉(zhuǎn)/分選擇Y90L-6型籠型異

47、步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用B級(jí)絕緣。外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為I（014）即全封閉自扇冷卻，額定電壓為380V，額定功率為50HZ。如圖4.2 Y90S-6電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：圖4.2 Y90L-6電動(dòng)機(jī)技術(shù)2.4.2減速器的選擇減速器的原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置。用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。6初選WD80型圓柱蝸桿減速器。WD為蝸桿下置式一級(jí)傳動(dòng)的阿基米德圓柱蝸桿減速器。蝸桿的材料為38siMnMo調(diào)質(zhì)蝸輪的材料為ZQA19-4中心矩a=80Ms×q=4.0×11 （4.1）傳動(dòng)比I=30傳動(dòng)慣量0.265×10³kg·

48、m²第三章 手臂和手腕中氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核3.1手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)手臂伸縮氣缸采用煙臺(tái)氣動(dòng)元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，氣缸用CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為100/63，關(guān)于此氣缸的資料參照煙臺(tái)氣動(dòng)元件廠公司 一 .尺寸校核1.在校核尺寸時(shí)，只需校核氣缸內(nèi)徑=63mm,半徑R=31.5mm的氣缸的尺寸滿足使用要求即可,設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng), 則驅(qū)動(dòng)力： 測(cè)定手腕質(zhì)量為50kg,設(shè)計(jì)加速度，則慣性力 2.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù), 總受力 所以標(biāo)準(zhǔn)CTA氣缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求要求

49、。3.2 手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核一. 尺寸設(shè)計(jì)氣缸運(yùn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為=118mm,氣缸內(nèi)徑為=110mm,半徑R=55mm,氣缸運(yùn)行速度，加速度時(shí)間=0.1s,壓強(qiáng)p=0.4MPa,則驅(qū)動(dòng)力 二. 尺寸校核1測(cè)定手腕質(zhì)量為80kg,則重力 設(shè)計(jì)加速度，則慣性力 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)， 總受力 所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。3.3 手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核一. 尺寸設(shè)計(jì)氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為,氣缸內(nèi)徑為,半徑R=105mm,軸徑半徑,氣缸運(yùn)行角速度=，加速度時(shí)間0.5s,壓強(qiáng), 則力矩： 二 尺寸校核1測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑的圓盤(pán)上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （）